구리 합금의 미세조직과 대표적인 부식액

구리 및 구리 합금의 미세조직은 재료와 관찰 대상에 맞는 부식액을 선택하여 조사합니다. 황동과 청동은 서로 다른 상 분포를 보이며, 아래 용액은 지정된 문지름 또는 침지 조건에서 결정립, 상 경계, 개재물 및 용접 조직을 드러냅니다.

미세조직 특성

황동과 청동은 산업용 구리 합금 중 가장 널리 사용되는 것들입니다.

황동은 단상 합금과 2상 합금으로 나눌 수 있다. 주조된 단상 α 황동은 종종 수지상 분리를 나타낸다. 변형 후 어닐링을 실시하면 이러한 분리가 제거되고 어닐링 쌍정을 가진 균일한 결정립이 형성된다. α+β’ 2상 황동에서는 냉각 과정에서 β 상으로부터 α 상이 침전되며, 그 형태는 가공 조건에 따라 달라집니다. 주조 상태에서는 α 상이 거친 위드만슈타텐 구조를 형성합니다. 열간 가공 후 서서히 냉각하면 균일한 등축형 α 결정립이 형성되는 반면, 급속 냉각하면 미세한 침상 위드만슈타텐 구조가 형성된다. NH를 제외하고는₄OH와 H₂O₂ 수용액에서, 아래에 나열된 식각제는 β 상을 우선적으로 부식시켜 이를 어둡게 만드는 반면, α 상은 밝은 상태를 유지합니다.

주석 청동, 알루미늄 청동, 베릴륨 구리는 공통된 구조적 특징을 가지고 있는데, 바로 소량의 공융 또는 공융성 성분이 포함된 α 고체용액 매트릭스입니다. 주석 청동에는 α+(α+δ) 공융성 성분이 포함되어 있으며, 알루미늄 청동에는 α+(α+γ)₂) 유테크토이드; 베릴륨 구리는 α+(α+β) 유테크토이드를 포함하며; 인청동은 α+(α+Cu₃P) 공융 플러스 (α+δ+Cu₃P) 유테크토이드. 주석 청동 역시 심각한 분리 현상을 보이며, 액상선-고상선 구간이 넓고 주석의 확산 속도가 느리기 때문에 평형 상도표와 상당히 다를 수 있다. 알루미늄 청동은 분리 현상이 미미하다. 저배율로 관찰했을 때 그 구조는 2상 황동과 유사하며, (α+γ₂) 고배율로 관찰하면 유테크토이드가 드러난다. 베릴륨 구리는 일반적으로 용체화 처리와 노화 처리를 거친 후 사용된다. 용체화 처리를 통해 균일한 단상 구조가 형성된다. 노화 처리를 하면 결정립 내부나 결정립 경계를 따라 매우 미세한 CuBe 제2상 입자가 침전된다. 광학 현미경으로는 미끄러짐 선을 따라 정렬된 입자를 희미하게 확인할 수 있지만, 그 세부 구조를 파악하려면 전자 현미경이 필요하다.

대표적인 부식액

구리 및 구리 합금의 미세구조를 관찰하기 위해 일반적으로 다음과 같은 용액이 사용됩니다.

개재물 검사

내포물의 종류와 특징을 파악하는 것은 현미경 검사에서 점점 더 중요해지고 있는데, 이는 내포물이 구리의 성형성과 가공성에 직접적인 영향을 미치기 때문이다. 내포물은 연마된 상태에서 검사할 수 있다. 또는, 연마된 표면을 수산화암모늄 용액(위의 ‘Etchant 1’)으로 짧게 닦아내면 내포물을 더 선명하게 관찰할 수 있다.

황과 산소는 Cu+Cu를 형성할 수 있다.₂S와 Cu+Cu₂구리의 유텍틱. Cu 모두₂S와 Cu₂O는 냉간 가공 시 쉽게 파단되는 취성 화합물이므로, 구리에는 산소와 황에 대한 엄격한 제한이 적용됩니다. 금속 조직 검사는 화학 분석 외에도 불순물 함량을 대략적으로 파악하는 데 도움이 됩니다. 일반 조명 하에서는 산화구리와 황화구리가 모두 청회색으로 나타나기 때문에 구별할 수 없습니다. 편광 하에서는 산화구리가 루비 빨간색으로 나타나므로 황화구리와 구별할 수 있습니다. 주조 상태에서는 다양한 산소 농도를 나타내는 표준 현미경 사진과 비교하여 산소 함량을 평가할 수 있습니다.

미량의 비스무트와 납은 구리와 함께 Cu+Bi 또는 Cu+Pb 공융을 형성합니다. 두 원소 모두 공융에서 분리되지만, 그 분포 양상은 다릅니다. 비스무트는 결정계면을 따라 네트워크를 형성하여 뚜렷한 고온 취성을 유발합니다. 납은 입계 전체에 걸쳐 연속적으로 분포하려는 경향이 덜하며, 응고 전에 교반을 실시하면 Pb를 매트릭스 내에 미세 입자로 분산시킬 수 있다. 따라서 소량의 납을 첨가하면 가공성을 향상시킬 수 있다.